TDD-LTE三載波聚合性能分析研究

姚克宇（中國鐵塔股份有限公司河南省分公司，河南鄭州，450008）

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TDD-LTE三載波聚合性能分析研究

姚克宇
（中國鐵塔股份有限公司河南省分公司，河南鄭州，450008）

數據業務的爆發式增長，更寬頻譜的需求成為了影響從LTE向LTE-Advanced演進的最重要因素。為此河南公司開展了三載波聚合的性能測試研究，包括基于2.6GHz的D頻段、F+D頻段的載波聚合，以及室內的E頻段，速率已經達到220Mbps。TDD-LTE的三載波聚合技術在將多個載波聚合成一個更寬的頻譜的同時會造成不必要的重傳，并且具有較大的HARQ反饋時延，制約了載波聚合技術對于用戶感知的進一步改善。因此，本文將主要以現網分析的方式，討論如何解決LTE-Advanced系統中TDD-LTE三載波聚合技術所面臨的現網的問題。實測結果表明三載波聚合技術后不僅大幅度提升了傳輸速率，還能有效改善網絡質量，提升吞吐量，使網絡負載更加均衡，尤其是在負載較重的時候效果會更明顯。

TD-LTE；載波聚合；資源利用率；LTE-Advanced

0　前言

隨著TDD-LTE技術的不斷普及和演化，載波聚合技術作為LTE-Advanced系統中的一項重要技術，在現網中的應用顯得尤其的迫切與必要。載波聚合可以將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時也可以把一些不連續的頻譜碎片聚合到一起，能很好地滿足LTE、LTE-Advanced（4G+）系統頻譜兼容性的要求，不僅能加速標準化進程，還能最大限度地利用現有LTE設備和頻譜資源。我國自2013年12月向中國移動、中國電信、中國聯通三大運營商頒發4G牌照以來，4G系統實現了飛躍發展，目前三家運營商的LTE-Advanced系統實驗也也已正式啟動，TDD-LTE三載波聚合作為4G+的關鍵技術之一，在未來的4G發展中將發揮至關重要的作用。

1　三載波聚合分析

TDD-LTE載波聚合解決方案，是與FDD-LTE上下行共40MHz同樣帶寬的情況下，實現TDD-LTE下載速率翻倍，峰值下載速率超過FDD-LTE約70Mbps，樹立了TDD-LTE領先的品牌形象。

3GPP在 Release 10引入了載波聚合（Carrier Aggregation，簡稱CA），通過將多個連續或非連續的載波聚合成更大的帶寬（最大100MHz），以滿足3GPP的要求。同時CA還可以提高離散頻譜的利用率，尤其在Refarming場景。

載波聚合后，上層數據流映射到聚合的各載波中進行傳輸。在LTE-Advanced系統中，該映射在MAC層完成。eNodeB為每個載波在每個TTI構建一個（空分復用時為兩個或更多）傳輸塊（Transport Block，簡稱TB），每個載波使用單獨的混合自動重傳請求（HARQ）實體和鏈路適應機制。因此，LTE-Advanced系統可以繼承之前LTE系統的基于單載波的物理層設計。

增益：

① 資源利用率最大化

通過載波聚合，CA UE（具有載波聚合能力的UE）可以同時利用最多5個載波上的空閑時頻資源塊，以實現資源利用率最大化。

② 有效利用離散頻譜

通過載波聚合，運營商的離散頻譜資源可以得到充分利用。

③ 更好的用戶體驗

通過載波聚合，CA UE可以獲得更好的上下行峰值體驗。在商用網的多用戶場景下，CA UE激活SCell（Secondary Cell）后可以更好利用空閑資源，提升非滿負載時CA UE的吞吐率，給用戶帶來更好的體驗。

下行3載波的載波聚合特性支持運營商將同頻帶或不同頻帶的3個載波進行聚合來提供更多的帶寬，提高UE業務質量。

3　載波聚合理論速率分析

本次試點由于終端僅支持B41和B39，因此在此基礎上對理論吞吐量進行簡單分析。

在20MHz單小區中：B41（SA2SSP7）下行理論吞吐量為110Mbps，B41（SA1SSP7）下行理論吞吐率為80Mbps，B39（SA2SSP7）下行理論吞吐率為110Mbps，B39（SA2SSP6截斷）下行理論吞吐率為94Mbps，B39（SA2SSP6不截斷）下行理論吞吐率為106Mbps。

本次三載波聚合方案總的下行理論吞吐量為：

1）B41+B41+B41

B41小區均使用SA2SSP7時下行理論吞吐率為3x 110Mbps = 330Mbps左右。

2）B39+B41+B41

B39小區使用SA2SSP6不截斷，B41小區使用SA2SSP7時下行理論吞吐率為106Mbps + 2x 110Mbps = 326Mbps左右。

4　測試前準備

4.1基站信息

選擇Easymacro AUU3240，RRU和天饋一體化同時支持F+D頻段，既可以實現Band41 3D頻段3*20M載波聚合，又可實現Band41+Band39 2D+1F頻段3*20M載波聚合。

圖1　Easymacro AUU3240展示圖

4.2測試地點

考慮到開站效率和成本，選擇商丘永城東方大道營業廳F-XLH-1室外已建Easymacro單扇區小基站作為實驗站點進行改造測試。

測試地點：該站位于東方大道與芒山路交叉口東20米處樓頂；

圖2　實驗基站及測試環境圖

4.3測試設備

測試設備：終端部分為高通MSM8994原型機+高性能PC組成

測試軟件：高通相關軟件：QPST、 QMICM、QXDM（見下表1）；

表1

4.4測試數據配置

B41+B41+B41 3D載波聚合小區詳細參數配置：

B39+B41+B41 1F+2D載波聚合小區詳細參數配置：

5　測試注意事項

測試中注意事項：

1） 端到端具備330Mbps以上的傳輸速率，其中包括傳輸CIR、PIR均需400M以上；

2）用戶開卡速率保證400Mbps以上，包括APN接入點速率（APN-MBR）和UE簽約速率（UE-AMBR）；

圖4

圖5

從終端信令查看APN接入點速率已修改為904M，如下圖4所示：

從S1接口跟蹤消息-S1AP_INITIAL_CONTEXT_SETUP_REQ，UE-AMBR速率為1000M，滿足測試需求。如下圖5

3）若站點配置為B41+ B41+ B41三載波聚合，需要錨在中間頻點進行3CC載波聚合，因此要將中間頻點駐留優先級配置為最高；

4）在進行B39+ B41+ B41三載波聚合時，F和D的幀偏置需要對齊，使干擾最小化；

5）另外無論3D還是2D+1F都需要保持無線環境干凈，盡可能屏蔽干擾，峰值速率才可以接近理論值。

6　測試結果

6.1B41+ B41+ B41測試結果

Band41 3D載波聚合現場測試峰值速率可達327Mbps，接近理論值330Mbps。

6.2B39+ B41+ B41測試結果

B39+B41+B41 2D+1F三載波聚合現場測試峰值速率為308Mbps，由于室外場景F頻段載波受周圍F站點影響，導致SINR較低，最終影響了總速率，測試結果如下所示：

圖6.1　B41 3D頻段載波聚合終端峰值速率

圖6.2　B41 3D頻段載波聚合基站側峰值速率監測

7　總結

河南公司率先完成三載波聚合試點，為今后載波聚合的大范圍商用積累了寶貴的經驗。載波聚合不僅可以成倍的提升LTE小區峰值速率，還可有效規避鄰區同頻干擾，提升TD-LTE網絡性能，更靈活地實現主輔小區間的負載均衡，提升網絡容量。載波聚合技術的應用，能夠讓運營商為移動用戶提供更高速、更豐富的業務體驗，更好地應對數據業務流量的爆發式增長，提高TD-LTE網絡的競爭力。

［1］ 技術宅 為什么更快，解讀LTE-ACat.9三載波聚合 《電腦愛好者》 2015年第14期

［2］ 曹亙、張欣、鄭瑞明、楊大成 LTE-Advanced系統中的多載波聚合技術 《現代電信科技》 2009年 第02期.

［3］ 愛立信攜手中國移動香港展示現網中的TDD/FDD三載波聚合 《電信網技術》 2015年 第08期

［4］ 鄭藝 LTE-A載波聚合技術的資源分配方案研究 《哈爾濱工業大學》 2013年

［5］ 張博 TD-LTE系統干擾分析及解決方案 《電信技術》 2013年第07期

［6］ 鮮永菊、董燦、張祖凡、吳東偉 LTE-A載波聚合下的載波切換分析 《電信科學》 2009年12期

［7］ 陳繼勛、李美艷 LTE-A系統中的載波聚合技術 《通信管理與技術》 2011年 第03期

［8］ 范文鵬、徐昌彪、鮮永菊 LTE-A系統載波聚合情況下改進的PF算法 《計算機應用研究》 2012年03期

［9］ 周渝霞 LTE-Advanced系統中的載波聚合技術的研究綜述《電子質量》 2009年 第09期

［10］ 焦慧穎 LTE-Advanced關鍵技術及標準化進展 《電信網技術》 2009年第12期

姚克宇（1978.4-），男，漢族，河南鄭州人，碩士畢業于杜伊斯堡-埃森大學，現就職于中國鐵塔股份有限公司河南省分公司運營發展部，工作方向：無線網絡優化與規劃管理等。

Analysis and Study on the performance of wokkTDD-LTE three carrier aggregation

Yao Keyu
（China iron tower Limited by Share Ltd，Henan branch，Henan，Zhengzhou，450008）

With the explosive growth of data services，the demand for a wider spectrum has become the most important factor that affects the evolution from LTE to LTE-Advanced. For this purpose，the company carried out the performance test of three carrier aggregation，including 2.6GHz based D band，F+D band carrier aggregation，as well as the indoor E band，the rate has reached 220Mbps.Tdd-lte three carrier aggregation technology in multiple carrier polymerization into a wider spectrum of at the same time can cause unnecessary retransmissions，and has larger HARQ feedback delay，which restricts the carrier polymerization technology for the further improvement of the user perception.Therefore， this article will mainly take the present network analysis method，discusses how to solve the LTE-Advanced system in the TDD-LTE three carrier aggregation technology is faced with the problem of the current network.Experimental results show that after the carrier aggregation technology not only greatly enhance the transmission rate，can effectively improve the network quality，throughput，make the network load more balanced，especially in the load heavier when the results will be more obvious.

TD-LTE；carrier aggregation；resource utilization；LTE-Advanced

圖6.3　B39+B41+B41 三載波聚合終端峰值速率

圖6.4　B39+B41+B41 三載波聚合基站側峰值速率監測

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